03.02.2025
Forschung
Die Fraunhofer-Institute für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU sowie für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben einen Durchbruch in der Materialforschung erzielt: Der Verbundwerkstoff "Hoverlight" setzt neue Maßstäbe für die Konstruktion von Werkzeugmaschinen.
Bei Hoverlight handelt es sich um einen Verbund aus Metallschaum und Hohlkugeln, der als Kern von Sandwiches fungieren kann. Der Aluminiumschaum mit den integrierten Hohlkugeln dämpft Schwingungen deutlich stärker als bislang eingesetzte Materialverbünde. Dies führt zu einer höheren Präzision in der Bearbeitung und einer längeren Lebensdauer der Maschine. Mit der Sandwichbauweise sind zudem erhebliche Gewichtseinsparungen möglich, was eine eine höhere Dynamik der Bearbeitungsprozesse erlaubt. Dabei kann Hoverlight an die spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst werden.
Erfolgreicher Einsatz in der Praxis
In einem gemeinsamen Projekt mit der Chiron Group SE wurde Hoverlight bereits erfolgreich im Querträger einer Fräsmaschine eingesetzt. Fraunhofer zufolge wurde in diesem Rahmen eine Gewichtsreduzierung von 20 Prozent erzielt. Der Querträger aus Hoverlight sei deutlich leichter als die vergleichbare Baugruppe aus konventionellen Materialien. Zudem habe man die Schwingungsdämpfung um das Dreifache steigern können, was zu einer höheren Präzision und einer längeren Standzeit der Werkzeuge führe. Schließlich berichtet Fraunhofer, dass durch höhere Geschwindigkeit und Präzision mit Hoverlight-Querträgern ausgestattete Maschinen mehr Teile in kürzerer Zeit produzieren können.
Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, verantwortlich für den Forschungsbereich Metallschaum am Fraunhofer IWU: "Mit HoverLIGHT haben wir einen Werkstoff entwickelt, der die Grenzen des Machbaren bei der Schwingungsdämpfung verschiebt. Wir lösen den Zielkonflikt auf, der sich aus den eigentlich gegensätzlichen Anforderungen einer steifen Auslegung moderner Werkzeugmaschinen, leichter bewegten Baugruppen und effektiver Schwingungsdämpfung ergibt."
Nächstes Ziel: attraktive Herstellkosten
Bei Werkzeugmaschinen sind alle bewegten Baugruppen für den Einsatz von HoverLIGHT prädestiniert, beispielsweise die Maschinenschlitten. Aber auch außerhalb des Maschinenbaus sind zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten denkbar – dort, wo es ganz besonders auf Leichtigkeit, Steifigkeit und Präzision ankommt.
Die Fraunhofer-Forscher arbeiten derzeit daran, Hoverlight weiterzuentwickeln und seine Einsatzmöglichkeiten zu erweitern. Ziel ist es, die Eigenschaften des Verbundmaterials auf die Anforderungen weiterer Anwendungen einzustellen und seine Herstellkosten durch industrialisierte Prozesse zu senken. Die Herstellung von Hohlkugeln ist aufwendig, energieintensiv und noch nicht reproduzierbar. Ein vielversprechender Ansatz ist, anstelle von Hohlkugeln auf einfacher und damit preiswerter herzustellende metallische Blister zu setzen – wie in Medikamentenverpackungen. Das Team ist zuversichtlich, damit schon in wenigen Jahren deutliche Kostenfortschritte erzielen zu können.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz förderte die Projektpartner (Institute Fraunhofer IWU und IFAM; Chiron SE) im Rahmen des vorwettbewerblichen Förderprogramms IGF (Industrielle Gemeinschaftsförderung) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Die Projektpartner wurden vom VDW-Forschungsinstitut fachlich und organisatorisch unterstützt.
Beitragsbild: Fraunhofer IWU